Variadores de Frecuencia

Para Motores Asíncronos

Presentan:

Bustos Zapien Idalia Angélica

Camacho Rodríguez César Iván

Fonseca Aguilar José Hugo

García López Daniel

Torres Linarte Oscar Uriel

Motor AsíncronoO Los motores así como las

instalaciones de corriente alterna son los más utilizados en la actualidad, dado que la mayoría de las máquinas utilizadas en la industria están movidas por motores asíncronos también llamados de inducción alimentados por corriente alterna trifásica; debido a que el mantenimiento de las instalaciones que incorporan corriente continua resulta más costoso.

Los motores asíncronos, como cualquier máquina eléctrica, consta de dos elementos fundamentales:

O Estator Es la parte fija del motor. Está constituido por una carcasa en la que está fijada una corona de chapas de acero al silicio provistas de unas ranuras. Los bobinados de sección apropiada están dispuestos en dichas ranuras formando las bobinas que se dispondrán en tantos circuitos como fases tenga la red a la que se conectará la máquina. O Rotor Es la parte móvil del motor. Está situado en el interior del estator y consiste en un núcleo de chapas de acero al silicio apiladas que forman un cilindro, en el interior del cual se dispone un bobinado eléctrico. Los tipos de rotores más utilizados son: rotor de jaula de ardilla y rotor bobinado.

O Este tipo de motores son denominados motores de inducción debido a que su funcionamiento se basa en la interacción de campos magnéticos producidos por corrientes eléctricas. Las corrientes que circulan por el rotor son producidas por el fenómeno de inducción electromagnética, conocido comúnmente como ley de Faraday, la cual establece que “si una espira es atravesada por un campo magnético variable en el tiempo se establece entre sus extremos una diferencia de potencial” lo cual se puede expresar como:

Donde:

e = Diferencia de potencial inducida en la espira en voltios

= Flujo que corta a la espira en Weber

= Tiempo (s)

O Si se distribuye espacialmente alrededor del estator de un motor los bobinados de un sistema de tensiones trifásicos desfasadas 120º se genera un campo magnético giratorio. La velocidad de giro de este campo magnético, denominada velocidad de sincronismo, viene dada por la expresión:

Donde:

n = Velocidad de giro del campo magnético en r.p.m

f = Frecuencia de la corriente eléctrica de alimentación de la máquina

p = Número de pares de polos magnéticos establecidos en el bobinado del estator

Control De Velocidad De Motores Asíncronos

Una de las desventajas que presentan los motores de inducción, en comparación con los motores de corriente continua, es su mala regulación de velocidad, sin embargo en la actualidad este problema ha sido resuelto gracias al uso de los variadores electrónicos de velocidad que hacen posible regular la velocidad de un motor asíncrono de inducción al hacer variar los siguientes aspectos:

O El número de polos de la máquina O La frecuencia de la red eléctrica de alimentación O El deslizamiento

Variando La FrecuenciaLa velocidad sincrónica es la velocidad de los campos magnéticos del rotor y el estator ya que la velocidad del rotor siempre está cerca de la velocidad sincrónica del motor, esta velocidad está representada por “nsinc“ y se calcula de esta forma:

O nsinc =

Donde ƒ es la frecuencia de línea y P es el número de polos del motor.

Entonces si se cambia la frecuencia eléctrica aplicada al estator de un motor de inducción, la velocidad de rotación de sus campos magnéticos o velocidad sincrónica “nsinc“ cambiara en proporción directa al cambio de frecuencia eléctrica, esta velocidad en condiciones normales se conoce como velocidad de base y si utilizamos un control de frecuencia variable se puede ajustar la velocidad del motor por encima o debajo de la velocidad base.

Curva Característica

Control De Velocidad Por Cambio De Frecuencia

En la actualidad el empleo de sistemas de arranque mediante el control por contactores está siendo remplazado por los variadores de velocidad electrónicos en este caso variadores de frecuencia.

Variadores De Frecuencia

O El Variador de Frecuencia (VFD, por sus siglas en inglés), también conocido como Convertidor de Frecuencia, es un sistema electrónico para el control de la velocidad de giro de motores eléctricos de CA mediante la manipulación de la frecuencia de la energía eléctrica suministrada al motor. Un variador de frecuencia es un tipo específico de Variador de Velocidad o Accionamiento de Velocidad Variable.

Concepto

Este tipo de dispositivos suministran una tensión alterna cuyo valor es regulable, al tiempo que también es posible regular la frecuencia de alimentación al motor, de este modo es posible conseguir un control de velocidad muy efectivo, que permite incluso llevar un motor a una velocidad de sincronismo superior a la nominal. La razón de variar a la vez frecuencia y tensión radica en el hecho de conseguir un par constante en todo el régimen de velocidades del motor.

Principio De Operación. Los variadores de frecuencia operan bajo el principio de que la velocidad mecánica de un motor de CA ya sea síncrono o de inducción es directamente proporcional a la frecuencia de alimentación del motor, e inversamente proporcional al número de polos de la máquina cantidad que siempre deberá ser par.Tratándose de un motor de inducción ya sea de rotor jaula de ardilla o devanado, la velocidad en flecha será ligeramente inferior, debido a la introducción de un término adicional, el deslizamiento (s), tal y como se muestra a continuación:

nM =

En la formula anterior s varía entre 0 y 1, aunque suele tener valores bajos (inferiores a 0.05). También puede ser expresado en porcentaje, razón por la cual, antes de utilizarlo en la formula deberá ser convertido a valores adimensionales. O Por ejemplo:

Considere un motor de inducción que cuenta con 6 polos, opera a 60 Hz y su deslizamiento máximo es del 5 % (0.05). ¿Cuál será su velocidad de operación? O Datos:

P = 6

f = 60 Hz

s = 0.05 O Sustituyendo en la formula:

nM =

=1140 rpm.

Arquitectura Del Variador De Frecuencia

El sistema de un variador de velocidad

generalmente se encuentra

constituido por un motor de CA

ya

sea síncrono o de inducción, un

controlador y una interfaz del

operador.

Motor Controlador Los motores empleados para trabajar con variadores de velocidad generalmente son los trifásicos de inducción. Aunque existen variadores para motores monofásicos, siempre ha existido preferencia por los motores trifásicos. Los motores síncronos ofrecen ventajas en algunas situaciones, sin embargo los motores de inducción son los más adecuados para la mayoría de las aplicaciones y resultan ser la opción más económica.

O El controlador de un variador de frecuencia es un dispositivo electrónico de estado sólido. Generalmente, este dispositivo primeramente convierte la potencia de entrada de CA a potencia intermedia de CD mediante el uso de un rectificador trifásico de onda completa. Posteriormente, esa señal es convertida nuevamente a potencia de salida de CA mediante el uso de un inversor basado en transistores bipolares de compuerta aislada (IGBT).

Diagrama Eléctrico General De Un Variador De Frecuencia.

Funcionamiento.Cuando un variador de frecuencia hace arrancar a un motor, inicialmente le aplica baja frecuencia y baja tensión al motor. La frecuencia de arranque típica es de alrededor de 2 Hz o menos. Al arrancar un motor a esa baja frecuencia se evita la presencia de las elevadas corrientes que se presentan cuando el motor se arranca directo a la línea (tensión plena). Una vez que el motor arranca, el controlador del variador eleva los valores de voltaje y corriente en forma controlada, formando una pendiente positiva la curva velocidad vs. tiempo.. Gracias a este método de arranque, el variador le permite desarrollar al motor alrededor del 150 % del par nominal de plena carga tomando únicamente el 150 % de la corriente nominal. Cuando el arranque se realiza directo a la línea, las corrientes de arranque pueden ir del 400% hasta el 1000% de la corriente nominal.Con el variador de frecuencia la secuencia de parado es exactamente lo contrario que la de arranque. Primeramente se reducen los valores de frecuencia y voltaje en forma proporcional, describiendo una recta de pendiente negativa la característica velocidad vs. tiempo. Una vez que la frecuencia se aproxima a cero, el motor es desconectado. Parte de la energía cinética que aún conserva el rotor puede emplearse para generar un par de frenado, a fin de ayudar a detener el eje del motor en forma rápida.

Arranque, operación normal y paro de un motor empleando un variador de frecuencia.

Valores ComercialesLos variadores de frecuencia se encuentran disponibles para operar con la mayoría de motores trifásicos comerciales. Los variadores diseñados para operar a tensiones que van desde 110 V hasta 690 V se clasifican como unidades de bajo voltaje, y pueden controlar motores con capacidades que van desde 0.2 kW (o ¼ HP) hasta 750 kW (o 1000 HP). Los variadores de mediano voltaje se encuentran diseñados para operar a tensiones comprendidas entre 2400 V hasta 10 kV y se emplean para controlar motores de 375 kW (o 500 HP) o superiores. En la actualidad se fabrican unidades variadoras de frecuencia para motores tan grandes como 5600 kW (4200 HP).

Marcas Comerciales.O Dentro de las principales marcas que

manufacturan variadores de velocidad, se encuentran las siguientes:

O ABB O Yaskawa O Telemecanique O General Electric O Siemens O Baldor. O Cutler-Hammer. O Allen-Bradley.

GRACIAS.